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納米金剛石，從工業(yè)到生物科技的“剛”化之路
閱讀：80 發(fā)布時(shí)間：2022-4-10當(dāng)年戴比爾斯的“鉆石恒久遠(yuǎn)，一顆永流傳"賦予了金剛石另一種價(jià)值存在——見證愛情，不過，很顯然這種超硬的碳材料，絕不只會(huì)在珠寶上閃爍。
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從材料形態(tài)和質(zhì)量上看，當(dāng)前，金剛石需要經(jīng)歷低品質(zhì)的微粉，到高品質(zhì)、結(jié)構(gòu)的納米尺寸與寶石級(jí)尺寸；單晶與多晶的共同發(fā)展，添加各種材料以滿足更多功能性需求，簡單來說就是金剛石需要朝著微觀和宏觀雙向發(fā)展，最終實(shí)現(xiàn)功能化，其中納米金剛石的研發(fā)與應(yīng)用正是一大熱點(diǎn)。
什么是納米金剛石？
納米金剛石早在三十多年前就已被研制出來，這種粒徑在1~100nm的金剛石晶粒存在形態(tài)，兼有金剛石、納米材料的特性，例如高硬度、高耐腐蝕性、高熱導(dǎo)率、低摩擦系數(shù)、低表面粗糙度、大的比表面積、生物相容性、高的表面活性等。
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根據(jù)存在形式，納米金剛石可分為單分散的納米金剛石粒子和納米金剛石多晶兩類；從空間尺度分類，納米金剛石分為納米金剛石膜、一維金剛石納米棒和二維金剛石納米片，三維納米金剛石聚晶顆粒以及零維納米金剛石單晶顆粒。
納米金剛石顆粒的合成方法主要有靜壓合成、金剛石單晶粉磨、爆轟法三種，且都已應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)。此外金剛石薄膜或涂層根據(jù)顆粒大小分為微米級(jí)和納米級(jí)，其中納米金剛石薄膜是利用CVD方法生長出的納米級(jí)晶粒組成的金剛石膜，這種薄膜光滑、致密、無孔，是制備生物傳感器以及生物醫(yī)學(xué)儀器的關(guān)鍵材料。
納米金剛石的超能應(yīng)用
與普通金剛石一樣，納米金剛石的高硬度使其能很好的滿足打磨需求，同時(shí)由于其*性質(zhì)，納米金剛石在精密拋光和潤滑、化工催化、復(fù)合鍍層、高性能金屬基復(fù)合材料、化學(xué)分析及生物醫(yī)藥等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，并擁有良好的應(yīng)用前景。
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納米金剛石拋光膏和懸浮液可用于半導(dǎo)體硅片、計(jì)算機(jī)磁頭、無線電、醫(yī)學(xué)、機(jī)械制造-刀具、寶石等行業(yè)，對(duì)材料進(jìn)行精密拋光，可在任何固體上獲得鏡面效果，表面粗糙度值Ra可達(dá)2~8nm。
在潤滑油中加入納米金剛石，滑動(dòng)摩擦將變成滾動(dòng)摩擦，這種潤滑油帶來的減摩抗磨效果是一般有機(jī)化工方法的，可提高發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置工作壽命，節(jié)約燃油機(jī)油，降低物體表面磨損等。
由于納米金剛石兼具納米粒子和超硬材料的雙重特性，可將其用來制造增強(qiáng)橡膠、增強(qiáng)樹脂，該應(yīng)用在提高材料熱導(dǎo)率，聚合物降解溫度、強(qiáng)度和耐磨性等方面作用明顯，使納米金剛石在新型復(fù)合材料領(lǐng)域具有廣闊的開發(fā)前景。此外，納米金剛石還能與金屬材料相結(jié)合，使用納米金剛石顆粒增強(qiáng)鋼鐵基復(fù)合材料，在相當(dāng)程度上能解決高性能特鋼的問題。
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將納米金剛石分散到多種涂料中均可使其性能得到明顯改善。納米金剛石的加入不僅增加涂料的顯微硬度，還更加耐沖擊、抗擦傷，而且與基底粘接更牢固，抗腐蝕性、抗水性、熱傳導(dǎo)性均有很大提高。
研究表明納米技術(shù)與醫(yī)學(xué)的結(jié)合，有望從根本上改變治癌的醫(yī)療水平。納米藥物將成為“精確制導(dǎo)"，經(jīng)過特殊表面改性的納米金剛石可殺死皮膚癌細(xì)胞約70%，且對(duì)正常細(xì)胞沒有毒副作用。其具有化學(xué)惰性，有熒光但無毒性的優(yōu)勢(shì)，可被用于細(xì)胞標(biāo)記與生物成像。加上納米金剛石顆粒表面含有大量的含氧官能團(tuán)，利用納米金剛石作為葡萄糖氧化酶的載體可制成性能優(yōu)良的血糖測(cè)定傳感器。法國和德國針對(duì)納米金剛石對(duì)生物體優(yōu)秀的兼容性，均利用納米金剛石作為與人體交互新的媒介，有望在人工視網(wǎng)膜植入和磁共振成像領(lǐng)域取得重要突破。
雖然納米金剛石的性能優(yōu)異，應(yīng)用范圍很廣，但目前為止，很多領(lǐng)域的應(yīng)用都還處于起步階段，短期內(nèi)不能被大范圍的推廣使用。對(duì)此，我們需要耐心等待，材料將改變生活，納米金剛石的未來值得每一個(gè)人的期待。